Двигателей при низких температурах

ЛЕКЦИЯ 7. УСТРОЙСТВА ДЛЯ ОБЛЕГЧЕНИЯ ПУСКА

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

При пуске карбюраторных и дизельных двигателей в условиях низких температур (-30 ºС) должны применяться устройства для облегчения пуска, а при температурах -40 ºС и ниже должна применяться система предпускового подогрева. Наибольшее количество устройств, облегчающих пуск холодного двигателя, разработано для дизелей. К ним можно отнести устройства:

– повышающие температуру в конце такта сжатия (свечи подогрева и электрофакельный подогрев впускного воздуха),

– обеспечивающие калоризаторное воспламенение впрыснутого в цилиндры топлива (свечи накаливания),

– обеспечивающие подачу в цилиндры двигателей легковоспламеняющейся жидкости.

Для бензиновых двигателей выпускаются устройства для впрыскивания легковоспламеняющейся жидкости, имеющей компаненты с низкой температурой самовоспламенения. Её применение облегчает воспламенение топлива и повышает эффективность его сгорания. Разработаны и выпускаются средства подогрева аккумуляторных батарей.

В отечественной практике применяются пусковые легковоспламеняющиеся жидкости «Арктика» для карбюраторных двигателей и «Холод – 40» для дизелей. Пусковая жидкость впрыскивается во впускной трубопровод или патрубок воздушного фильтра.

Промышленностью выпускается много различных типов предпусковых подогревателей. Они работают на том же топливе, что и двигатель. Время подготовки двигателя к принятию нагрузки (разогрев, пуск и прогрев в режиме холостого хода) с применением предпускового подогревателя и подогрева аккумуляторной батареи при температуре -60 ºС не должно превышать 45 мин.

2. СВЕЧИ НАКАЛИВАНИЯ И ПОДОГРЕВА ВОЗДУХА

2.1. Свечи накаливания.

Свеча накаливания с открытым нагревательным элементом (рис.7.1, а) устанавливается в камере сгорания двигателя таким образом, чтобы раскалённая спираль 3 находилась на некотором расстоянии от границы струи распыляемого топлива. Если струя топлива задевает спираль, процесс воспламенения улучшается, но сокращается срок службы свечи.

Спираль накаливания 3 (рис. 7.1, б) штифтовой свечи находится в закрытом кожухе 5, заполненном изоляционным материалом с высокой теплопроводностью. Кожух свечи изготавливают из железо-никель-хромового сплава «инконель». Штифтовую свечу в камеру сгорания устанавливают так, чтобы конус струи распыляемого топлива касался раскалённого конца её кожуха.

Чаще используют однополюсные штифтовые свечи, потребляющие токи силой 5 и 10 А при напряжениях соответственно 24 и 12 В. Двухполюсные свечи для двухпроводных схем потребляют токи силой до 50 А при напряжении 1,7 В. Время прогрева штифтовой свечи составляет 1 ÷ 2 мин. Преимуществом штифтовых свечей по сравнению со свечами открытого типа является большая механическая прочность и больший срок службы, так как их спирали не окисляются кислородом воздуха.

Пуск дизелей при использовании свечей накаливания обеспечивается до температур -10 ÷ -15 ºС при частоте вращения коленчатого вала 60 ÷ 80 мин^-1.

2.2. Свечи подогрева воздуха во впускном трубопроводе

На дизелях с неразделёнными камерами сгорания применяют электрические свечи и электрофакельные подогреватели для нагрева воздуха, поступающего в цилиндры двигателя при такте впуска. Целью подогрева воздуха является повышение температуры в конце такта сжатия и, тем самым, улучшение условий образования, воспламенения и сгорания топливо-воздушной смеси.

Свеча СН – 150 подогрева воздуха во впускном трубопроводе (рис. 7.2,а) мощностью 400 Вт рассчитана на потребление тока силой 45 ÷ 47 А.

Спираль 1 свечи нагревается до температуры 900 ÷ 950 ºС через 40 ÷ 60 с после подключения к аккумуляторной батарее. Свечи подогрева устанавливают в начале впускного трубопровода или в местах разводки по каналам цилиндров.

Лучший теплоотвод от спирали 1 (рис. 7.2, б) впускному воздуху обеспечивается при использовании фланцевых свечей. Фланцевые свечи устанавливаются в разъёмах впускного трубопровода, что приводит к большому разнообразию их конструкций, но усложняет конструкцию трубопровода.

Применение свечей СН – 150 позволяет снизить минимальную температуру пуска на 5 ÷ 10 ºС. Эффективность работы свечей снижается из-за потери теплоты при большой длине трубопровода. Поэтому их используют на дизелях с малыми рабочими объёмами, пуск которых должен обеспечиваться до темперетур -12 ÷ -17 ºС.

3. ЭЛЕКТРОФАКЕЛЬНЫЕ ПОДОГРЕВАТЕЛИ ВОЗДУХА

На дизелях устанавливают электрофакельные подогреватели воздуха во впускном трубопроводе, что в сочетании с маловязким моторным маслом позволяет снизить минимальную температуру пуска холодного дизеля на 10 ÷ 15 ºС. В электрофакельных подогревателях через электрическую спираль проходит ток небольшой силы, так как она служит только для подогрева, испарения и зажигания топлива. Воздух во впускном трубопроводе подогревается за счёт теплоты сгорания топливо-воздушной смеси.

Электрофакельное устройство дизелей автомобилей ЗИЛ моделей 133ГЯ, 133ВЯ состоит из двух факельных штифтовых свечей (рис. 7.3, а), электромагнитного топливного клапана (рис. 7.3, б), добавочного резистора с термореле (рис. 7.3, в) и элементов управления.

Дозирование топлива, его испарение, смешивание с воздухом, воспламенение и сгорание происходит в факельной штифтовой свече. Топливо, подаваемое к свече, очищается фильтром 5 (рис. 7.3, а), дозируется жиклёром 6 проходит по кольцевой полости между кольцевой вставкой и нагревателем 11. Объёмная испарительная сетка 2 в нижней части факельной свечи имеет большую испарительную поверхность и облегчает испарение топлива. Сетка окружена защитным экраном 1 с отверстиями для прохода воздуха. Экран предотвращает затухание пламени при увеличении скорости воздушного потока во впускном трубопроводе после пуска двигателя.

Электромагнитный топливный клапан открывает подачу топлива к факельным штифтовым свечам при подключении катушки 16 (рис. 7.3, б) к аккумуляторной батарее. При отключении питания электромагнитный клапан закрывается под действием пружины. Топливо к электромагнитному клапану подводится из системы питания дизеля.

Термореле имеет контакты и биметаллическую пластину 22 (рис. 7.3, в), расположенные внутри спирали 21 добавочного резистора. По мере прогрева за счёт теплоты, выделяемой добавочным резистором, биметаллическая пластина деформируется и замыкает контакты реле. Добавочный резистор уменьшает силу тока во время предварительного нагрева штифта факельной свечи и замыкается накоротко в момент включения стартера.

4. УСТРОЙСТВА ДЛЯ ПОДАЧИ ПУСКОВОЙ ЖИДКОСТИ

Пусковая жидкость «Арктика» или «Холод Д-40» может подаваться непосредственно в цилиндры двигателя вместе с основным топливом или с помощью специальных устройств во впускной трубопровод. Работа устройств для подачи пусковой жидкости во впускной трубопровод основана на пневматическом или механическом распылении жидкости. Использование пусковой жидкости и маловязкого масла обеспечивает пуск двигателя до температуры -30 ºС при вращении коленчатого вала с частотой 40 ÷ 55 мин^-1.

Автоматическое управление подачей пусковой жидкости возможно в устройствах, основанных на аэрозольном распылении (рис. 7.4). Пусковая жидкость находится под давлением в аэрозольном баллоне 13 с клапанным устройством. В качестве вытесняющего газа применяют пропан, бутан и другие газы, давление которых незначительно зависит от температуры и которые сами являются топливом. Аэрозольное пусковое устройство устанавливают с помощью кронштейна 5 в отсеке двигателя в легкодоступном для смены баллона месте.

Управление приспособлением дистанционное из кабины водителя. При включении электромагнита 7 якорь перемещается вниз, нажимает эмульсионной трубкой на шток клапана аэрозольного баллона и одновре- менно открывает проход для аэрозоли в трубопровод 10 через пластинчатый клапан 9. К форсунке 11 распылителя, расположенной во впускном трубопроводе двигателя, аэрозоль поступает через эмульсионную трубку 6 и внутреннюю полость якоря электромагнита 7.

Один аэрозольный баллон может обеспечить 8 ÷ 10 пусков двигателя при температуре –30 ºС. Для установки баллона его верхнюю часть совмещают с корпусом и прижимают к нему опорной пятой, перемещающейся по дужкам 3 с помощью регулировочного винта 1. Уплотнение в стыке баллона с корпусом обеспечивается резиновым уплотнителем 12.

5. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПОДОГРЕВАТЕЛИ

Электрические подогреватели используются для подогрева жидкости в системе охлаждения двигателя, масла в картере, топлива в топливной системе и электролита аккумуляторной батареи. По принципу работы их разделяют на индукционные, полупроводниковые, электродные, сопротивлений, инфракрасные излучатели и т. д. Наибольшее распространение получили нагреватели сопротивлений.

Конструкция электрических подогревателей приведена на рис. 7.5. Требованиям электробезопасности в наибольшей степени удовлетворяют герметичные трубчатые электронагреватели (ТЭНы). ТЭН представляет собой металлическую оболочку в виде трубки из жаропрочного материала любой формы, внутри которой запрессована спираль из нихромовой проволоки, изолированная от оболочки наполнителем с высокой теплопроводностью (периглаз).

На двигателе установка ТЭНов не всегда возможна, поэтому их часто размещают в теплообменнике (котле). Такие теплообменники можно устанавливать вместо индивидуальных предпусковых подогревателей, работающих на жидком топливе. Для уменьшения потерь теплоты и расхода электроэнергии поверхность котла теплоизолируется.

Электроподогреватели компактны, надёжны в работе, обладают достаточным быстродействием, требуют минимальных затрат на обслуживание. При использовании ТЭНов возможна автоматизация процессов подогрева. Электроподогреватели можно применять не только для предпускового подогрева, но и в течение всего периода межсменной стоянки автомобиля.

6. ПРЕДПУСКОВЫЕ ПОДОГРЕВАТЕЛИ

Двигатель может быть оборудован индивидуальным предпусковым подогревателем. Подогрев картерного масла, блока цилиндров и подшипников коленчатого вала перед пуском позволяет уменьшить вязкость моторного масла и тем самым уменьшить момент сопротивления вращению и износ деталей двигателя при пуске. Подогрев головки и стенок блока цилиндров, впускного трубопровода улучшает условия смесеобразования и воспламенения топлива, способствует снижению минимальной пусковой частоты вращения.

Индивидуальные предпусковые подогреватели отличаются по типу теплоносителя, потребляемому топливу и степени автоматизации рабочего процесса. Все подогреватели должны быть пожаробезопасными. Не допускается вылет пламени на выходе газов из котла, скопление топлива в котле подогревателя как в период розжига котла, так и после его остановки. Система предпускового подогрева двигателя должна надёжно работать при её заполнении низкозамерзающей жидкостью и водой.

Дизельный подогреватель ПЖД-30 (рис. 7.6) устанавливают на автомобилях КамАЗ-740 и ЗИЛ-133ГЯ. Образование, воспламенение и сгорание топливо-воздушной смеси происходит в съёмной горелке 5 котла 9. Воспламенение топливо-воздушной смеси осуществляется свечой зажигания 4. Высокое напряжение подаётся на свечу от транзисторного коммутатора. Топливо из топливного бачка 14 подаётся к горелке 5 топливным насосом 16 и распыляется форсункой 6. Расход топлива регулируется редукционным клапаном топливного насоса16. В электромагнитном клапане 7 и в форсунке 6 предусмотрены фильтры тонкой очистки. Электромагнитный топливный клапан конструктивно объединён со штифтовой свечой и установлен на горелке.

Воздух под напором подаётся в горелку вентилятором 18. Для облегчения циркуляции жидкости между котлом 9 подогревателя и водяной рубашкой блока цилиндров в предпусковой период в насосный агрегат включён гидравлический насос 2. Привод гидравлического, воздушного и топливного насосов осуществляется от одного электродвигателя17.

Электрическая схема дистанционного управления подогревателем ПЖД-30 приведена на рис.7. 7. В схеме используется переключатель S, имеющий четыре положения. В положении 1 подогреватель выключен. Для включения подогревателя переключатель S переводится в положение 2. В этом положении включаются электродвигатель М насосного агрегата и электронагреватель ЕК топлива, потребляющие токи большой силы.

Через 15 ÷ 20 с переключатель переводят в нефиксируемое положение 3. В этом положении включаются электромагнитный клапан YA и транзисторный коммутатор. Подключение коммутатора к источнику питания вызывает ток в цепи L₁, С. В обмотке L₂ индуцируется Э.Д.С., открывающая транзистор Т. Сила тока в первичной обмотке L₁ и Э.Д.С. управляющей обмотки L₂ возрастают, а конденсатор С разряжается через открытый транзистор Т. Когда ток через первичную обмотку достигает номинального значения, Э.Д.С. управляющей обмотки уменьшается до нуля и транзистор закрывается. Сила тока первичной обмотки и магнитный поток резко уменьшаются, а Э.Д.С. вторичной обмотки L₃ увеличивается до величины, достаточной для пробоя искрового промежутка свечи зажигания EV. Далее процессы периодически повторяются. Стабилитроны D₁ и D₂ обеспечивают защиту транзистора Т от перенапряжений.

При установившемся горении, признаком которого является равномерный гул в котле подогревателя, необходимо снять усилие с переключателя S. При этом он автоматически переходит в положение 4. В этом положении транзисторный коммутатор отключается, а электродвигатель М, электронагреватель ЕК и электромагнитный клапан YA остаются в работе.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

7.1. Перечислите известные вам устройства облегчения пуска ДВС. При каких температурах необходимо применять устройства облегчения пуска и предпускового подогрева?

7.2. В чем заключается принципиальное отличие свечей накаливания от свечей подогрева воздуха?

7.3. На каком функциональном узле ДВС могут устанавливаться электрофакельные подогреватели воздуха?

7.4. Пользуясь рис. 7.3, а, поясните принцип работы факельной штифтовой свечи.

7.5. Какие функции выполняет термореле и добавочный резистор в составе электрофакельного устройства?

7.6. Почему жидкости «Арктика» и «Холод – 40» применяются в качестве пусковых?

7.7. Пользуясь рис. 7.4, поясните устройство и принцип работы аэрозольного баллона.

7.8. Для чего предназначены и как разделяются по принципу работы электрические подогреватели?

7.9. Для чего предназначены и по каким признакам разделяются предпусковые подогреватели?

Дата добавления: 2015-05-06